Чувствительность к химическим веществам, растворенным в воде, присутствует уже у простейших одноклеточных организмов. У высших млекопитающих система распознавания химических соединений значительно усложнилась, но неизменной осталась для работы хеморецептора необходимость водной среды.
Хеморецепторы человека находятся в органах обоняния в полости носа и вкуса в полости рта. Хеморецепторы распознают химические соединения, растворенные в воде. Нерастворимые в воде соединения обонятельные и вкусовые рецепторы не распознают.
Содержание статьи
Как устроен орган обоняния
Обонятельная клетка представляет собой нервную клетку — нейрон. От нейрона отходят:
- аксон — длинный немиелированый отросток, по которому информация передается в центры мозга, где подвергается анализу;
- дендриты – короткие отростки, реснички, принимающие хемосигналы.
Аксоны от множества обонятельных нейронов формируются в обонятельный нерв, проходящий через основание черепа в обонятельную луковицу, а затем в головной мозг.
В анатомии органа обоняния условно выделяют три части:
- обонятельная область — периферия, верхняя и средняя раковины носа;
- обонятельная луковица — промежуточная часть;
- анализатор сигналов – кора головного мозга.
Как возникает орган обоняния
Орган обоняния образован из нервной трубки, обонятельных плакод, мезенхимы – соединительной ткани зародыша.
Плакоды расположены в передней части головы эмбриона. Из плакод передней части формируются также хрусталик, головные нервы.
Первоначально орган обоняния представлен обонятельным мешком, сообщающимся с окружающей средой посредством отверстий, которые впоследствии станут ноздрями носа.
Из клеток мешка формируется обонятельная Боуменова железа. На 4 месяце развития эмбриона в обонятельном мешке из стволовых клеток развиваются нейросенсорные чувствительные клетки, отвечающие за обоняние.
У основания перегородки носа формируется якобсонов (вомероназальный) орган, чувствительные клетки которого способны воспринимать феромоны.
Особенности строения обонятельной области
Обонятельная область в полости носа представляет собой:
- обонятельный эпителий;
- слизистый эпителий.
Обонятельный эпителий, содержащий обонятельные нейроны, покрыт слизистым веществом. Обволакивающая слизь защищает чувствительные реснички (цилии) нейрона от пересыхания, действия агрессивных факторов среды.
Снаружи слизь водянистая, ближе к ресничкам она становится вязкой, в ней содержатся специальные белки, удерживающие влагу, предохраняющие цилии от потери воды.
В поверхностном слизистом слое, покрывающем обонятельный эпителий, находятся белки, участвующие в распознавании запахов.
Как человек распознает запахи
Обонятельный орган человека непрерывно трудится над распознаванием запахов. В процессе участвуют одновременно до 10 млн. обонятельных рецепторов, расположенных на сравнительно небольшой площади 2-4 см2.
На каждом дендрите обонятельной клетки человека располагается до 12 ресничек, для сравнения – у собаки до 150 цилий на каждом дендрите нервной клетки, а площадь обонятельного эпителия достигает 200 см2.
Обонятельные нейроны человека способны распознавать до 10 000 видов запахов с помощью 350 типов рецепторов. У высших млекопитающих животных таких рецепторов еще больше – до 1000. Способность собаки-ищейки распознавать запахи еще не сумел заменить ни один самый точный и совершенный прибор.
Как обонятельный нейрон принимает и передает сигнал
Молекула летучего химического соединения (одорант) попадает в верхний слизистый слой, обволакивающий обонятельный эпителий.
В слизи молекула одоранта встречается со специальной молекулой белка, связывающей одорант и транспортирующей его к ресничкам обонятельного нейрона.
Одорант взаимодействует с рецептором реснички, генерируя электрический импульс. Ток распространяется из реснички в тело нейрона, а затем по длинному отростку (аксону) электрический сигнал передается в обонятельную луковицу.
Запах воспринимается именно на вдохе, когда вместе со струей воздуха молекулы одоранта попадают на слизистую, покрывающую обонятельный слой.
После передачи сигнала другие специализированные белки разрушают молекулы одоранта. Эти процессы происходят очень быстро, практически, к концу вдоха обонятельный орган успевает принять, обработать сигнал и разрушить молекулу пахучего соединения.
На каждом вдохе обонятельный орган получает и оценивает новую информацию.
Обработка сигнала в обонятельной луковице
По аксону первого нейрона сигнал по обонятельному нерву поступает в гломерулы луковиц. Здесь располагаются нейроны второго порядка. Электрический импульс с аксона нейрона первого порядка передается на нервные отростки (дендриты) нейрона второго порядка.
К нейронам второго порядка относятся крупные митральные клетки и сходные с ними, но меньших размеров, пучковые. В каждой гломеруле 24 митральных и 70 пучковых клеток. В каждой луковице до 2000 гломерул.
В зависимости от вида активации, интенсивности поступающего сигнала формируется «слепок» каждого запаха, в котором отражается весь спектр образующих его соединений.
Задачу обработки информации в гломеруле усложняет динамика восприятия, а обонятельная луковица, таким образом, — сложная сеть нейронов, обрабатывающая всю совокупность сигналов и передающая итог обработки в кору головного мозга, где происходит осознанное восприятие запаха.
Эмоциональный, двигательный, ассоциативный ответ на запах возникает на последней стадии обработки в головном мозге при передаче сигнала из коры мозга в лимбическую систему. Сложный путь передачи сигнала легче проследить на рисунке, где можно видеть всю цепочку – от приема сигнала в органе обоняния до обработки в высших отделах головного мозга.
Классификация запахов
Создание полной классификации всех запахов, воспринимаемым человеком, затруднительно из-за субъективности оценки. Кроме того, сложности возникают и при выборе критериев, лежащих в основе классификации.
К признанным способам систематизации запахов относится классификация Цвардемакера.
- Запах эфира – пчелиный воск, смолы, фруктовые ароматы.
- Ароматические запахи камфоры, горького миндаля, лимона.
- Бальзамические – цветы, ванилин.
- Амбромускусные.
- Чесночные запахи – чеснок, ихтиол, бром, хлор.
- Пригорелый запах – дым табака, жареный кофе, пиридин.
- Каприловые – запах сыра, прогорклый жир.
- Противные запахи – клопы, белена.
- Тошнотворный – трупный запах.
Нарушения обоняния
Ухудшение обоняния, его отсутствие (аносмия) сопровождают некоторые заболевания. Нарушения обоняния (гипосмия) нередко проявляются на ранних стадиях внутричерепных болезней.
Для количественной оценки функциональности органа обоняния прибегают к субъективной оценке, а также оценивают степень поражения обоняния с помощью ряда методик.
Одориметрическая система Воячека
Набор Воячека или одометрический паспорт содержит 5 пахучих веществ и дистиллированную воду в качестве контроля: 0,5% водный раствор уксусной кислоты (1), спирт этиловый (2), спиртовая настойка валерианы (3), 10% раствор аммиака в воде (4), вода дистиллированная (5), бензин (6).
Больного просят прижать пальцем одну ноздрю, сделать вдох и задержать дыхание на 4 секунды. Сила восприятия запахов оценивается по следующей шкале:
первая степень – идентификация всех запахов;- вторая степень – человек распознает запахи, кроме 1;
- третья степень – больной распознает запахи 3, 4, 6;
- четвертая степень – идентифицируются запахи 4, 6;
- пятая степень – распознается только запах бензина.
Для количественной оценки обоняния используют приборы ольфактометры.
С возрастом обоняние у человека ухудшается. К пожилому возрасту способность различать запахи уменьшается в 10 раз. Считается, что женщины различают запахи лучше мужчин.
Индивидуальная способность различать запахи обусловлена наследственностью. В среднем, чтобы обонятельная система начала работать, необходимо всего 8 молекул пахучего вещества.
А чтобы оценить запах в целом, необходимо присутствие в полости носа около 300 молекул. Лучше всего человек различает запахи сразу после сна, в жаркую погоду.
Для человека обоняние уже не имеет решающего значения в поиске пищи, распознавании опасности, тем не менее, действие запахов на подсознательном уровне влияет на эмоциональную сферу и мироощущение в целом.
О том, как и почему нарушается обоняние, как его можно восстановить — читайте в нашей статье.
